JP5877336B2 - 空気調和機の熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷房運転又は暖房運転を切り換えて実行可能な空気調和機用の熱交換器に関し、特に、該熱交換器が備える冷媒管の接合構造に関する。

従来、空気調和機として、室外熱交換器及び室内熱交換器の夫々の内部に配設される冷媒管（伝熱管）、並びに、これら室内外の熱交換器の間を接続する冷媒管（外部配管）として、銅又は銅合金で形成された管部材を使用することが主流である。しかしながら、軽量化や低コスト化といった要望から、近年ではアルミニウム製又はアルミニウム合金製の管部材を使用することが提案されている（特許文献１参照）。また、この特許文献１では、アルミニウム製又はアルミニウム合金製（以下、「Ａｌ製」）の伝熱管と、銅製又は銅合金製（以下、「Ｃｕ製」）の外部配管とを接合し、チューブ状の被覆部材により接合箇所を被覆した構成が開示されている。

特開２００５−９０７６１号公報

ところで、Ａｌ製の管部材とＣｕ製の管部材との接合にはロウ付けは馴染まず、例えば共晶接合を採用することができる。しかしながら、空気調和機を設置する現場において共晶接合を行うのは困難であるため、共に短寸のＡｌ製管部材とＣｕ製管部材とを予め共晶接合した接合管を利用することが考えられる。即ち、空気調和機の設置現場にて、この接合管を用い、接合管におけるＡｌ製管部材の端部にはＡｌ製の伝熱管をロウ付けし、接合管におけるＣｕ製管部材の端部にはＣｕ製の外部配管をロウ付けする。これにより、現場において共晶接合する必要はなく、ロウ付けによって伝熱管と外部配管とを接合することができる。

しかしながら、冷房運転又は暖房運転を切り換えて実行する空気調和機の熱交換器の場合、熱交換効率の向上のため、複数の伝熱管が敷設される。そのため、上記の方法を採用した場合、多くの接合箇所をロウ付けする必要があり、その作業に手間がかかることが予想される。特に、接合管を介して伝熱管と外部配管とを接合する場合、各接合管の両端をロウ付けする必要があるため、必然的にロウ付け箇所が多くなってしまう。また、空気調和機の設置環境によっては、十分な作業スペースを確保できない場合もあるため、作業性の向上が要望されている。

そこで本発明は、上述したような事情に鑑み、Ａｌ製の伝熱管及びＣｕ製の外部配管の接合作業性の向上を図ることができる空気調和機の熱交換器を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機の熱交換器は、冷房運転又は暖房運転を切り換えて実行可能な空気調和機に備えられ、冷房運転時に外部へ排熱する熱交換器であって、蛇行するよう形成された複数本の伝熱管と、該複数本の伝熱管の各一端部に接続される複数の分岐端部、及び、該分岐端部を集合させた集合端部を有する集合管と、該集合管の集合端部に接続される外部配管と、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の第１管部材、及び、銅製又は銅合金製の第２管部材を互いに接合した異種接合管と、を備え、前記伝熱管及び前記集合管はアルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのに対し、前記外部配管は銅製又は銅合金製であり、前記複数本の伝熱管の各一端部と前記集合管の各分岐端部とはロウ付けされ、前記集合管と前記外部配管とは、該集合管の集合端部が前記異種接合管の第１管部材にロウ付けされ、前記外部配管の端部が前記異種接合管の第２管部材にロウ付けされることにより、前記異種接合管を介して接続されている。

このような構成とすることにより、複数の伝熱管の各端部と外部配管との間を接合管により接合する必要がないため、用いる接合管の本数を削減でき、これに伴ってロウ付け箇所数も削減することができる。そのため、空気調和機の設置現場での作業性の向上を図ることができる。

また、前記異種接合管は、前記第１管部材と前記第２管部材とを共晶接合して成るものであってもよい。

また、前記集合管は、各分岐端部よりも低位置にて、前記集合端部が前記異種接合管の前記第１管部材に接続されていてもよい。

また、前記複数本の伝熱管の各他端部にも、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の別の集合管の各分岐端部がロウ付けされ、該集合管の集合端部には、銅製又は銅合金製の別の外部配管が、別の異種接合管を介して接続されていてもよい。

本発明によれば、Ａｌ製の伝熱管及びＣｕ製の外部配管の接合作業性の向上を図ることができる空気調和機の熱交換器を提供することができる。

本実施の形態に係る空気調和機の熱交換器の構成を示す模式図である。 図１の室外熱交換器が備える冷媒管と、その上流側及び下流側に接続された冷媒管との配管形態を示す模式図である。 図１の室外熱交換器の具体的な構成を示す模式的斜視図である。

以下、本発明の実施の形態に係る空気調和機の熱交換器について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係る空気調和機の熱交換器の構成を示す模式図である。この図１に示すように空気調和機１は、冷房運転時に外部へ排熱する第１熱交換器２（以下、「室外熱交換器２」）と、外気から吸熱する第２熱交換器３（以下、「室内熱交換器３」）と、これらの熱交換器２，３を含んで構成される冷凍サイクル４とを備えている。また、これら室外熱交換器２及び室内熱交換器３の近傍には、それぞれモータ５，６によって駆動するファン７，８が設けられており、ファン７，８の回転駆動により発生する気流が、熱交換器２，３を経て流れるようになっている。

なお、以下の説明では便宜上、「上流」及び「下流」という表現を用いるが、これらは、空気調和機１を冷房運転したときに冷凍サイクル４を流れる冷媒を基準とし、その流れの「上流」及び「下流」を意味するものとする。そして、図１に示す冷凍サイクル４に沿って付された矢印は、冷房運転時に冷媒が「上流」から「下流」へ流れる向きを示している。また、付言しておくと、暖房運転をしたときの冷媒の流れは、冷房運転のときの冷媒の流れと逆向きになり、破線で示す通りである。

図１に示すように、室内熱交換器３内には冷凍サイクル４の一部を構成する冷媒管４ａが備えられており、その下流端からは冷媒管４ｂが延設されて室内機液側接続部１０（冷房運転時における下流側の接続部）に接続されている。この室内機液側接続部１０からは別の冷媒管４ｃが延設され、その下流端は三方弁１１を介して冷媒管４ｄの上流端に接続され、更にその下流端は四方弁１２の第１ポートに接続されている。四方弁１２において、冷房運転時に第１ポートと連通する第２ポートからは冷媒管４ｅが延設され、その下流端は圧縮機１３に接続されている。この圧縮機１３は、冷房運転時においては室内熱交換器３から室外熱交換器２へ向かう低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧化し、暖房運転時において室外熱交換器２から室内熱交換器３へ向かう低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧化するものである。なお、図示していないが、圧縮機１３の手前（上流側）には通常アキュムレータが接続され、冷媒の気液分離を行って、液冷媒が圧縮機１３に戻らないようにしている。

また、圧縮機１３からは別の冷媒管４ｆが延設され、その下流端は、四方弁１２の第３ポートに接続されている。四方弁１２において、冷房運転時に第３のポートと連通する残りの第４ポートからは冷媒管４ｇが延設されており、その下流端は室外熱交換器２内に備えられた冷媒管４ｈの上流端に接続されている。この室外熱交換器２内の冷媒管４ｈの下流端からは別の冷媒管４ｉが延設され、その下流端は、膨張弁１４に接続されている。この膨張弁１４は、冷房運転時においては室外熱交換器２から室内熱交換器３へ向かう冷媒を降圧し、暖房運転時においては室内熱交換器３から室外熱交換器２へ向かう冷媒を降圧するものである。

膨張弁１４からは別の冷媒管４ｊが延設されており、その下流端は二方弁１５の一方のポートに接続されている。この二方弁１５の他方のポートからは冷媒管４ｋが延設され、その下流端は室内機接続部１６（冷房運転時における上流側の接続部）に接続されている。そして、この室内機接続部１６からは別の冷媒管４ｍが延設され、その下流端は、上述した室内熱交換器３内の冷媒管４ａの上流端に接続されている。

このようにして、冷媒管４ａ〜４ｋ，４ｍによって周回経路４が構成されており、この周回経路４によって、室内熱交換器３，四方弁１２，圧縮機１３，室外熱交換器３，膨張弁１４などが接続されている。また、上述した構成のうち、冷媒の流れに沿って三方弁１１から二方弁１５に至るまでの構成物（即ち、四方弁１２，圧縮機１３，室外熱交換器２，膨張弁１４を含む）によって、本実施の形態に係る空気調和機１の室外機１Ａが構成されている。また、冷媒の流れに沿って室内機液側接続部１６から室内機液側接続部１０へ至るまでの構成物（即ち、室内熱交換器３を含む）によって、空気調和機１の室内機１Ｂが構成されている。

なお、上述した各構成自体は何れも公知のものを採用することができる。また、このような空気調和機１による冷房運転及び暖房運転時の動作については公知であるため、ここではその説明を省略する。

図２は、図１の室外熱交換器２が備える冷媒管４ｈ、その上流側に接続された冷媒管４ｇ、及び、下流側に接続された冷媒管４ｉの配管形態を示す模式図である。また、図３は、室外熱交換器２の具体的な構成を示す模式的斜視図である。以下、図２及び図３を参照して、室外熱交換器２付近の冷媒管４ｇ〜４ｉの配管形態について詳述する。

図２に示すように、室外熱交換器２が備える冷媒管４ｈは、複数本（本実施の形態では４本）の伝熱管２１〜２４から構成されており、各伝熱管２１〜２４は蛇行するような形状とされている。より具体的に説明すると、各伝熱管２１〜２４は、略水平方向へ直線状に延びる複数本の直管２５を並設し、各直管２５の端部同士をＵ字形状のベンド管２６（図３も参照）で接続することにより、蛇行した形状に構成されている。

各伝熱管２１〜２４の上流端は上下に並んで配置されており、伝熱管２１〜２４の順序で下方から上方へと位置している。このうち上流端が最も下方に位置する伝熱管２１は、その上流端から下流側へ向かうに従って、左右へ蛇行しつつ下方へ至るように延設され、最終的には該伝熱管２１より下方に配設された下流配管２７に接続されている。伝熱管２２は、その上流端が上記伝熱管２１の上流端の上方近傍に位置し、上流端から下流側へ向かうに従って、左右へ蛇行しつつ上方へ至るように延設され、下流端付近は下方へ延設されて下流配管２７に接続されている。

また、伝熱管２３は、その上流端が上記伝熱管２２の上流端から離れて上方に位置し、上流端から下流側へ向かうに従って、左右へ蛇行しつつ下方へ至るように延設され、その下流端付近は更に下方へ延設されて下流配管２７に接続されている。更に、伝熱管２４は、その上流端が上記伝熱管２３の上流端の上方近傍に位置し、上流端から下流側へ向かうに従って、左右へ蛇行しつつ上方へ至るように延設され、下流端付近は下方へ延設されて下流配管２７に接続されている。

このように、伝熱管２１〜２４は互いに上下に並んで配置され、蛇行しながら上方又は下方へと延設され、最終的には下流端付近にて何れも下流配管２７に接続されている。そして、下流配管２７の下流端は、接合管４０を介して冷媒管４ｉの上流端に接続されている（図３も参照）。

一方、各伝熱管２１〜２４の上流端には集合管３０が接続されている。この集合管３０は、各伝熱管２１〜２４に対応する分岐部３１〜３４と、これらを集合させて１つの開口につなげる集合部３５とを有している。分岐部３１〜３４は略水平方向へ延設され、且つ、互いに上下に並ぶようにして位置しており、夫々の下流端（分岐端部）は伝熱管２１〜２４に接続されている。即ち、分岐部３１は伝熱管２１に、分岐部３２は伝熱管２２に、分岐部３３は伝熱管２３に、分岐部３４は伝熱管２４に、夫々接続されている。

また、各分岐部３１〜３４の上流端は、集合部３５に接続されている。この集合部３５は、上下方向へ延びる鉛直部分３５ａと、該鉛直部分３５ａの上流端から略水平方向へ延びる水平部分３５ｂとから成り、鉛直部分３５ａに対して分岐部３１〜３４が接続されている。水平部分３５ｂは上記下流配管２７とほぼ同一高さに位置し、その上流端（集合端部）は接合管４１を介して冷媒管（外部配管）４ｇの下流端に接続されている。

従って、冷房運転時に冷媒管４ｇを下流へ向かった冷媒は集合管３０に流入し、集合部３５から各分岐部３１〜３４へと分配される。そして、各分岐部３１〜３４からこれらに接続された伝熱管２１〜２４へと通流し、最終的には下流配管２７にて再び合流し、冷媒管（外部配管）４ｉへと流れる。この間、伝熱管２１〜２４を通流する際、ファン７の回転により熱交換器２を通る気流により熱が奪われ、冷却される。

ところで、上記構成のうち外部配管を成す冷媒管４ｇ，４ｉは銅製又は銅合金製であり、集合管３０と伝熱管２１〜２４（直管２５及びベンド管２６）とはアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。便宜上、図２では、銅製又は銅合金製の配管は白抜きで示し、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の配管は黒塗りで示している。また、各配管の接合箇所を判別し易いように、各接合箇所には配管に交差する細線を示している。

本実施の形態では、同種の金属から成る部材同士の接合箇所は、ロウ付けにより接合されている。一方、異種金属から成る部材同士を接合する箇所、即ち、冷媒管４ｇと集合管３０との接合箇所、及び、下流配管２７と冷媒管４ｉとの接合箇所には、上述したように接合管４０，４１が介装されている。この接合管４０，４１は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の短寸管部材である第１管部材４２と、銅製又は銅合金製の短寸管部材である第２管部材４３とを共晶接合した直管状の構成となっている。なお、伝熱管２１〜２４の下流側に接続された下流配管２７は、上流側に接続された集合管３０と同様に分岐部及び集合部を備える構成であるから、集合管の一形態でもある。即ち、本実施の形態では、伝熱管２１〜２４の上流端と下流端とには、夫々集合管（集合管３０及び下流側配管２７）の分岐部がロウ付けで接続されると共に、各集合管の集合端と冷媒管４ｇ，４ｉとの間の接合箇所には接合管４０，４１が介装された構成になっている。

従って、接合管４０のアルミニウム製又はアルミニウム合金製の第１管部材４２には、これと同種金属製の下流配管２７の下流端がロウ付け接合され、銅製又は銅合金製の第２管部材４３には、これと同種金属製の冷媒管４ｉの上流端がロウ付け接合されている。同様に、接合管４１のアルミニウム製又はアルミニウム合金製の第１管部材４２には、これと同種金属製の集合管３０の上流端がロウ付け接合され、銅製又は銅合金製の第２管部材４３には、これと同種金属製の冷媒管４ｇの下流端がロウ付け接合されている。

本実施の形態に係る空気調和機１の室外熱交換器２は、上述したような冷媒管４ｇ〜４ｉの配管形態を備えている。特に、異種金属の管部材が共晶接合された接合管４１は、各伝熱管２１〜２４の端部に直接的に接合されず、集合管３０により集合された１つの上流端に接合されている。これにより、冷媒管（外部配管）４ｇと伝熱管２１〜２４とを接合管４１を介して接合するに際し、ロウ付け箇所数を削減することができるため、室外熱交換器２の設置における作業性の向上を図ることができる。

また、図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る配管形態では、各分岐部３１〜３４の何れよりも下方の位置にて、集合部３５が冷媒管４ｇに接続されるようになっている。そのため、分岐部３１〜３４や集合部３５にて結露した水分は、鉛直部分３５ａを伝って銅製又は銅合金製の冷媒管４ｇの方へと移動する。従って、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の伝熱管２１〜２４及び集合管３０が、結露した水分によって腐食するのを防止することができる。

なお、室外熱交換器２としては、上述したように４本の伝熱管２１〜２４を備える構成に限定されず、２本以上の複数本の伝熱管を備えていればよい。そして、この場合も複数の伝熱管の端部を集合管により集合させ、該集合管の集合端部と外部配管との間を、接合管を介して接合すればよい。これにより、本実施の形態にて説明したのと同様の作用効果を奏することができる。

本発明は、冷房運転又は暖房運転を切り換えて実行可能な空気調和機用の熱交換器、特に、該熱交換器が備える冷媒管の接合構造に適用することができる。

１ 空気調和機
２ 室外熱交換器
３ 室内熱交換器
４ 冷媒管
２１〜２４ 伝熱管
２７ 下流配管（集合管）
３０ 集合管
３１〜３４ 分岐部
３５ 集合部
４０，４１ 接合管
４２ 第１管部材
４３ 第２管部材

Claims (3)

1. 冷房運転又は暖房運転を切り換えて実行可能な空気調和機に備えられ、冷房運転時に外部へ排熱する熱交換器であって、
   蛇行するよう形成された複数本の伝熱管と、
   該複数本の伝熱管の各一端部に接続される複数の分岐端部、及び、該分岐端部を集合させた集合端部を有する集合管と、
   該集合管の集合端部に接続される外部配管と、
   アルミニウム製又はアルミニウム合金製の第１管部材、及び、銅製又は銅合金製の第２管部材を互いに接合した異種接合管と、を備え、
   前記集合管は、上下方向へ延びる鉛直部分と前記分岐端部を備えた複数の水平部分とを備え、
   前記伝熱管及び前記集合管はアルミニウム製又はアルミニウム合金製であるのに対し、前記外部配管は銅製又は銅合金製であり、
   前記複数本の伝熱管の各一端部と前記集合管の各分岐端部とはロウ付けされ、
   前記集合管と前記外部配管とは、該集合管の集合端部が前記異種接合管の第１管部材にロウ付けされ、前記外部配管の端部が前記異種接合管の第２管部材にロウ付けされることにより、前記異種接合管を介して接続され、
   前記複数本の伝熱管の各他端部にも、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の別の集合管の各分岐端部がロウ付けされ、
   該別の集合管の集合端部には、銅製又は銅合金製の別の外部配管が、別の異種接合管を介して接続され、
   前記別の集合管は、当該熱交換器内において前記複数の伝熱管の下方に配設された管部分を有していることを特徴とする、空気調和機の熱交換器。
2. 前記異種接合管は、前記第１管部材と前記第２管部材とを共晶接合して成ることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
3. 前記集合管は、各分岐端部よりも低位置にて、前記集合端部が前記異種接合管の前記第１管部材に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機の熱交換器。

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